环保从我做起:包装材料释放VOCs知多少

Packaging Materials Emissions

Liang Zhu, Wen Tan, Rui Li
TOFWERK, Thun, Switzerland

塑料包装材料在工业生产和人们的日常生活中处处可见。在方便我们的生活之余,其潜在的残留有害气体逸出、原材料、添加剂和降解的副产物已成为职业安全和产品污染的隐患。因此,就VOCs的逸散而言,在生产线包装和产品运输中对包装材料的筛选和质控至关重要。考虑到包装材料的物料种类和生产规模,还有可能含有的有害物成分种类,采用的分析仪器必须能最基本的同时满足高通量样品分析和多种化合物的检测。

分析复杂样品的可靠方法

Vocus PTR-TOF质子转移反应质谱仪能够灵敏的、实时的检测材料释放的VOCs。本案例中使用的是Vocus 2R,其分辨率高达>12000,并配备了顶空自动采样器。

图1. 分辨率高达12000的Vocus 2R在检测某包装材料逸出VOCs时在质量数m/Q 107位置的4个同标称质量的峰。

远近高低各不同

本案例中测试了8种不同的包装材料,包括了硬的和软的发泡塑料、空气枕、气泡膜、气泡包装布、吸音棉等,其中部分测试样品的成分未知。样品在测试之前做了若干小时的50℃的加热预处理来减少材料中吸附的常见VOCs干扰。之后,每种样品单独放置在密封的顶空瓶中,并保持温度在75℃约半个小时来保持瓶内顶空气体达到气固平衡。顶空的气体样品被采集后被恒定流量的N2(250 L/min)流引入Vocus PTR-TOF进行分析.

packaging materials emissons
图2. 各个样品顶空气体检测到的含氧物质。在样品S01, S04和S05中,乙醛是主要逸出物质。

图2和图3展示了各包装样品材料中排放的VOCs矩阵。不同包装材料逸出的VOCs物种差异明显:如样品S03的排放物种包括较高浓度的芳香烃及衍生物(如苯乙醛),这表明该样品的主要生产原料可能是聚苯乙烯。在样品S01、S04和S05中具有排放特征显著的醛类和酰胺类(如图2中的甲醛和乙醛,图3中的甲酰胺),表明这几类样品的主要生产原料可能是聚氨酯。总体而言,主要材质为聚乙烯的样品S02和S06,排放的VOCs总量较低,一方面可能是因为该样品的原材料材质较好,也有可能是其排放的物质没有包含在现有的因子之内。比如聚乙烯的降解副产物包含一些小分子脂肪烃,通常与H3O+的反应较弱而不容易被检测到。这种情况下,可通过Vocus其他补充试剂离子(如O2+ 或NO+)来强化检测烷烃和烯烃类物种.

图3.8种包装材料样品检测到的其他化学物质,样品S03表现出高浓度的芳香烃和衍生物,而样品S02、S06、S07和S09的总体排放较低。在S01和S04样品中检测到了较高的甲酰胺,可能来源于生产过程中的残余。

结论

Vocus PTR-TOF亚秒级的对复杂化合物的超高的鉴别和定量量化能力,使之成为深入了解不同包装材料的排放物的理想工具。在配备顶空自动进样器的情况下,在实验室和材料生产过程中,Vocus PTR-TOF能够高效和高性价比的来分析大量的样本。

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